UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ZAPATAS Una zapata es un tipo de cimentación superficial, que puede ser empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de resistencias a compresión medias o altas. Consisten en un ancho pr isma de hormigón (concreto) situado bajo los pilares de la estructura. Su función es transmitir al terreno las tensiones a que está sometida el resto de la estructura y anclarla. Estructura principal de una construcción.
Funciones:
Es transmitir al terreno las tensiones a que está sometida el resto de la estructura. Cuando no es posible emplear zapatas debe recurrirse a cimentación por pilotaje o losas de cimentación.
1 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Tipos: Existen distintos tipos de zapatas en función de si servirán de apoyo a uno o varios pilares
Para pilares singulares se usan zapatas aisladas. Para dos pilares cercanos, zapatas combinadas. Para hileras de pilares o muros, zapatas corridas.
Zapatas Aisladas: Empleadas para pilares aislados en terrenos de buena calidad, cuando la excentricidad de la carga del pilar es pequeña o moderada. Esta última condición se cumple mucho mejor en los pilares no perimetrales de un edificio. Las zapatas aisladas según su relación entre el canto y el vuelo o largo máximo libre pueden clasificarse en: o
Zapatas rígidas o poco deformables.
o
Zapatas flexibles o deformables.
Y según el esfuerzo vertical esté en el centro geométrico de la zapata se distingue entre:
o
Zapatas centradas.
o
Zapatas excéntricas.
o
Zapatas irregulares.
o
Zapatas colindantes
Zapatas combinadas: A veces, cuando un pilar no puede apoyarse en el centro de la zapata, sino excéntricamente sobre la misma o cuando se trata de un pilar perimetral con grandes momentos flectores la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación. Una forma común de resolverlo es uniendo o combinando la zapata de cimentación de este pilar con la más próxima, o mediante vigas de atado, de tal manera que se pueda evitar el giro de la cimentación. Un caso frecuente de uso de zapatas combinadas son las zapatas de medianería o zapatas de lindero, que por limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Por su propia forma estas zapatas requieren para un correcto equilibrio una viga de atado. Dicha viga de atado junto con otras dos zapatas, constituye un caso de zapatas combinadas.
Zapatas corridas o continuas: Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando los pilares o muros excéntricamente; la sección del conjunto muro-zapata tiene forma de |_ para no invadir la propiedad del vecino. Las zapatas interiores sustentan muros
2 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL y pilares según su eje y la sección muro-zapata tiene forma de T invertida _|_; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso del conjunto.
Cálculo de zapatas:
El cálculo de zapatas requiere comprobar que no se sobrepasan
diversos estados límite (ELU) últimos entre ellos:
ELU de estabilidad: vuelco y deslizamiento.
ELU de hundimiento en el terreno.
ELU de agotamiento por flexión mecánica.
ELU de punzonamiento.
ZAPATAS AISLADAS +Es aquella zapata en la que descansa o recae una sola columna. +Encargada de transmitir, a través de su superficie de cimentación, las cargas al terreno . PROCESO CONSTRUCTIVO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Trazo y Replanteo Excavación Construcción del solado Trazo para ubicar las columnas Colocación de la Parrilla de la Zapata Se colocan las armaduras de las columnas Vaciado del concreto
TRAZO Y REPLANTEO •
Ubicación de los ejes de la zapata con ayuda de las valizas.
•
Trazado de la zapata con criterio de trazos (paralelas, perpendiculares, etc.)
•
Finalmente se deja marcado con yeso.
•
Equipos y herramientas: cordel, plomada, wincha, etc.)
EXCAVACIÓN DE ZANJAS
Una vez marcada la zapata, se procede a hacer la excavación. La excavación se realizará de forma manual o con equipos. La excavación se realizará hasta el nivel de fondo de la cimentación, el cual deberá controlarse 3
Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ZAPATAS COMBINADAS DEFINICIÓN
Son aquellas fundaciones que soportan más de una columna. Se opta por esta solución cuando se tienen dos columnas muy juntas y al calcular el área necesaria de zapata para suplir los esfuerzos admisibles sobre el suelo nos da que sus áreas se montan.
Una zapata combinada es un elemento que sirve de cimentación para dos o más pilares. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a un menor momento resultante.
FORMAS DE LA ZAPATA COMBINADA Podemos hacer la misma clasificación, en cuanto a rigidez, que para las zapatas aisladas, es decir, rígidas y flexibles.
Las razones de rotura, son las mismas que el resto de zapatas:
Mal dimensionado de la zapata.
Por esfuerzos cortantes.
Mal dimensionado del armado, etc.
FORMAS DE TRABAJO DE LAS ZAPATAS COMBINADAS Y CORRIDAS Si la zapata es muy flexible (poco canto) puede ocurrir que pandee. Para evitar dicho pandeo tendremos dos opciones:
Aumentar el canto de la zapata.
Colocar un nervio rigidizador uniendo los pilares, con lo cual evitaremos el posible pandeo y economizaremos hormigón.
CASO DE CARGAS MUY VARIABLES: ZAPATA COMBINADA Cuando existan dos pilares alineados, próximos, con cargas desiguales (luces diferentes), presentan la dificultad de poder lograr una distribución uniforme de la presión unitaria sobre el terreno.
4 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Si construimos zapatas aisladas quedan prácticamente unidas, con superposición del bulbo de presiones. Si hacemos una zapata que absorba las cargas de los dos pilares debemos tener la precaución de que la distribución de cargas bajo ambas zapatas sea sensiblemente igual, con el fin de evitar asientos diferenciales. Si adoptamos la solución de proyectar una zapata de ancho variable, hallaremos la resultante R de las cargas P1 y P2 así como su línea de acción y diseñaremos un elemento cuyo centro de gravedad coincida con la línea de acción de R, con lo cual conseguiremos la tensión que soporta el terreno sea igual, economía de hormigón y estabilidad al evitar asientos diferenciales.
TÉCNICA CONSTRUCTIVA DE LA EJECUCIÓN DE LAS ZAPATAS COMBINADAS Y CORRIDAS
Movimiento de tierras y limpieza del solar.
Replanteo.
Excavación de cimientos: entibado y encofrado si es necesario.
Refinado manual de la excavación.
Excavación de los 10 cm. últimos de tierra y colocación del hormigón de limpieza.
Puesta en obra de la armadura:
Parrilla inferior (con separadores).
Jaula de la viga de rigidización (armadura gruesa arriba).
Armadura de arranque de los soportes, etc.
Verificación del replanteo y alineación de muros y pilares.
Hormigonado, dejando juntas de hormigonado donde el diagrama de momentos sea cero. La disposición de las juntas será al contrario de la viga normal.
Curado del hormigón. VIGAS DE CIMENTACIÓN
PRINCIPIOS GENERALES DE LAS CIMENTACIONES El cimiento es la parte de una estructura que se encarga de transmitir las cargas de ésta hacia el terreno. En su mayoría, la resistencia y la rigidez del terreno es muy inferior a la de la estructura, 5 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL por lo que es común observar que el área inferior de las cimentaciones es mayor las áreas inferiores de los muros y las columnas. Una buena cimentación debe estar a una profundidad en la cual no este expuesta a las heladas, excavaciones posteriores o a la capa freática. Los suelos que contienen arcillas en un porcentaje superior al admisible, varían mucho de volumen al entrar en contacto con el agua. Es por eso que se recurre a técnicas como la estabilización de suelos o cimentaciones profundas. También es conveniente proteger a la cimentación de las variaciones climáticas estacionarias, existencia de árboles caducifolios, árboles que extienden sus raíces a mucha profundidad, y de la posible rotura de sistemas de tuberías de agua o desagüe cercanos. La capacidad portante de un terreno es la carga máxima que puede soportar éste sin que se desencadene su rotura generando asentamientos no previstos de la estructura. La carga admisible es la capacidad portante dividida entre el factor de seguridad. CONCEPTO Y FUNCION DE LAS VIGAS DE CIMENTACIÓN Una viga de cimentación es una estructura de concreto armado que sirve para conectar zapatas aisladas. Las vigas de cimentación son usadas en suelos cuya capacidad portante es muy baja (suelos malos) con la finalidad de disminuir el asentamiento diferencial de la estructura. Los asentamientos diferenciales pueden estar provocados por muchas razones, por ejemplo, la construcción de la estructura sobre la ladera de un cerro o una baja capacidad portante del suelo. Las vigas de cimentación se diferencian del sobrecimiento armado en que no necesariamente soportan muros, sino que conecta zapatas. Para su diseño las cargas se toman de forma invertida, es decir de abajo hacia arriba, debido a la reacción del suelo. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA VIGA DE CIMENTACIÓN La ecuación diferencial que rige las vigas de cimentación es la siguiente:
Donde w es la componente del desplazamiento vertical de un punto situado a una distancia x de la viga de cimentación, β es el coeficiente de balasto del suelo, r es el ancho de la viga de cimentación, EI es la rigidez a la flexión y P0 es la carga vertical que recae sobre la viga. En este modelo numérico se considera al suelo como una serie de resortes verticales, con una rigidez de βr. Así la reacción que ofrece el suelo es de βrw y el esfuerzo que transmite al suelo por efecto de las cargas es βw.
6 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL La solución a esta ecuación diferencial nos da las cargas, momentos internos, deflexiones y cortantes, con los cuales es posible diseñar la composición y estructura de las vigas de cimentación de una estructura. OBSERVACION Cuando existen terrenos arcillosos, terrenos con la propiedad de hincharse al entrar en contacto con el agua, que generan fuerzas verticales hacia arriba no consideradas en el diseño de las vigas de cimentación. Por ello, se puede solucionar esto quitando la tierra debajo de la viga de cimentación y colocando en su lugar bloques de concreto tipo “U”, o arena. A esta técnica se le
llama Descalce de las vigas de cimentación.
Vigas de cimentación o vigas de amarre: Son las vigas que enlazan las columnas a nivel de cimentación. En el caso de cimentación en concreto ciclópeo o zapatas continuas, las vigas se ubican sobre el cimiento. En el caso de zapatas aisladas o dados de cimentación de pilotes, las vigas cumplen una función de articular estos elementos a nivel de cimentación. Se construyen en concreto de 3000 PSI (210 Kg/cms2) y se refuerzan con el hierro indicado en los planos estructurales de cimentación. Su unidad de medida es el metro cúbico.
Proceso constructivo:
7 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
1.Interpretar el plano estructural En éste se puede ver: dimensiones, localización de armadura y sus diámetros, distancias y flejes. También figuran en el plano los anclajes entre vigas, así como los anclajes para los cimientos y las columnas. 2. Medir, cortar y figurar el hierro. Teniendo como base las especificaciones que dan los planos estructurales proceda a medir y cortar el hierro principal para la viga, el de los flejes, y el de las columnas. Para la viga de la figura se requieren 4 varillas de 3/8 como refuerzo principal y varilla de ¼ para estribos o flejes. 3. La figuración de los estribos se realiza teniendo en cuenta el recubrimiento del hierro con hormigón. En el caso de una viga de 15 cm de ancho por 20 cm de alto, se debe hacer el estribo dejando 2.5 cm para recubrimiento a cada lado, lo que hace que el estribo quede de 10 cm de ancho por 15 cm de alto y un gancho interno de 8 cm para que se ancle en el hormigón. Por lo tanto se debe cortar la varilla para este estribo de una longitud igual a: 15+10+15+10+8+8= 66 cm
8 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
4. Armar la canasta para la viga y la columna. Se preparan hilos de alambre dulce # 18 en longitudes de 20 cm y con el bichiroque o gancho para amarrar se procede a armar la canasta teniendo en cuenta que los estribos van más juntos a los extremos de la viga, cerca a las columnas, por lo tanto allí se colocan a 10 cm y en los centros a 20 cm.
5. Trasladar y emplazar la canasta Se lleva la canasta y se coloca sobre el cimiento (concreto ciclópeo, zapata o dado de pilotes); y se realiza los empalmes o traslapes necesarios con el cimiento de acuerdo con las especificaciones..
6. Colocar arranques de columnas: Los arranques de columnas se anclan o amarran después de colocada la canasta de la viga de cimentación.
9 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
7. Armar y colocar formaleta o encofrados de madera. Se untan con aceite quemado o con parafina con acpm los testeros de la formaleta para que el hormigón no se pegue del encofrado. Se procede a localizar la formaleta teniendo como guía los ejes de la viga, se colocan a plomo los tableros o testeros en las orillas, y se clavan listones en la parte superior para que el ancho de la viga se mantenga uniforme 8. Clavar y arriostrar el encofrado: Es necesario colocar, como se muestra en el dibujo, riostras o diagonales clavadas en las orillas para que resistan el empuje lateral del hormigón durante al vaciarlo. La canasta se levanta sobre unas piedras o panelas para que quede separada del fondo y completamente embebida en el hormigón. Se marcan los niveles, estableciendo la altura de la viga y se fijan unos clavos para enrasar la corona del cimiento
9. Fundida de la viga: Se procede a fundir la viga para lo cual se utiliza un concreto de 3000 PSI. Durante el vaciado se debe chuzar el hormigón con una varilla de 1/2 o 5/8 de pulgada y vibrar con una maceta de caucho mediante golpes suaves sobre la formaleta, o vibrar con vibrador mecánico sin excederse para no causar disgregación de los materiales.
10 Construcción I
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
10. Nivelar corona de la viga Colocando un hilo entre los clavos de nivelación y con la ayuda del palustre se procede a emparejar el concreto u hormigón hasta el tope que marca el hilo para que así quede nivelada la corona.
11. Desencofrado y curado Después de pasadas 12 horas, o al día siguiente de fundida la viga de cimentación se procede a desencofrarla, quitando con mucho cuidado la formaleta y luego rociando con agua la viga por 7 días consecutivos, como mínimo, según lo establece la norma NSR-98
BIBLIOGRAFIA
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/102803/MODULO_ACADEMICO/leccin_7_ciment acin.html http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon/autoconstru ccion/1/11.html http://es.scribd.com/doc/60645566/Cap5-Vigas-de-Cimentacion http://tecnicoprevencionista2010.files.wordpress.com/2010/07/ivigacim.pdf http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/ingenieriacivil/contenido/TEMA%204-CIMENTACIONES.pdf http://www.construaprende.com/foros/vigas-de-cimentacion-conceptos-basicosvt6315.html
11 Construcción I
